(57)【要約】【課題】システム内の凝縮水を排出しつつも、燃料ガスの排出を最小限に抑制する。【解決手段】燃料電池システムには、燃料電池スタック１の反応によって生成される凝縮水が蓄えられる凝縮水タンク８が、燃料電池スタック１の反応ガスが燃料ガスの供給側へと循環される水素循環流路７に設けられている。排出流路６は、凝縮水タンク８を介して水素循環流路７と連通しており、凝縮水タンク８に蓄えられた凝縮水を外部へ排出する。パージ弁９は、排出流路６を開閉する。圧力センサ１８は、排出流路６内の圧力を検出する。制御部１６は、圧力センサ１８の検出結果に基づいて、パージ弁の開閉状態を制御する。【選択図】図１
2006286482.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料極に燃料ガスを供給するとともに、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することにより、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極から排出される反応ガスが、前記燃料ガスの供給側へと循環される循環流路と、
前記循環流路に設けられ、前記燃料電池の反応によって生成される凝縮水が蓄えられる第１の貯蔵手段と、
前記第１の貯蔵手段を介して前記循環流路と連通しており、前記第１の貯蔵手段に蓄えられた凝縮水を外部へ排出する排出流路と、
前記排出流路を開閉する第１の開閉手段と、
前記排出流路内の圧力を検出する圧力検出手段と、
前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記第１の開閉手段の開閉状態を制御する制御手段と
を有することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時には、第１の排出処理として、前記第１の開閉手段を開状態に制御するとともに、前記圧力検出手段によって検出される圧力値の経時的な推移に基づいて、前記第１の貯蔵手段の凝縮水が前記排出流路から排出されたことを判断した場合には、前記第１の開閉手段を閉状態に制御することを特徴とする請求項１に記載された燃料電池システム。
【請求項３】
前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出される圧力値が、前記第１の貯蔵手段の凝縮水が前記排出流路から排出されたことを判定するしきい値よりも小さくなった場合に、前記第１の開閉手段を閉状態に制御することを特徴とする請求項２に記載された燃料電池システム。
【請求項４】
前記燃料電池における燃料極からの反応ガスの排出側と前記循環流路とを連通し、前記凝縮水が蓄えられる第２の貯蔵手段と、
前記第２の貯蔵手段と、前記排出流路の前記第１の開閉手段よりも下流側とを連通するバイパス流路と、
前記バイパス流路を開閉する第２の開閉手段とをさらに有し、
前記制御手段は、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて、前記第２の開閉手段の開閉状態をさらに制御することを特徴する請求項１から３のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項５】
前記制御手段は、前記燃料電池の発電停止時には、前記第２の開閉手段を開状態に制御するともに、前記圧力検出手段によって検出される圧力値の経時的な推移に基づいて、前記第２の貯蔵手段の凝縮水が前記排出流路から排出されたことを判断した場合には、前記第２の開閉手段を閉状態に制御し、当該一連の処理の実行後に、前記第１の排出処理を実行することを特徴とする請求項４に記載された燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御手段は、前記圧力検出手段によって検出される圧力値が、前記第２の貯蔵手段の凝縮水が前記排出流路から排出されたことを判断するしきい値よりも小さくなった場合に、前記第２の開閉手段を閉状態に制御しており、
前記第２のしきい値は、前記第１のしきい値よりも大きな値に設定されていることを特徴とする請求項５に記載された燃料電池システム。
【請求項７】
前記排出流路の最下流に設けられたオリフィスをさらに有することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載された燃料電池システム。
【請求項８】
燃料極に燃料ガスを供給するとともに、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することにより、前記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行うとともに、燃料電池の燃料極から排出される反応ガスが、循環流路を介して前記燃料ガスの供給側へと循環される燃料電池システムにおいて、
前記循環流路には、前記燃料電池の反応によって生成される凝縮水が蓄えられる貯蔵手段が設けられており、当該貯蔵手段を介して前記循環流路と連通する排出流路に設けられ開閉手段を開くことにより、前記反応ガスの循環を利用して、前記凝縮水を前記排出流路から排出するとともに、当該排出流路内の圧力変化に応じて前記凝縮水の有無を判断して前記開閉手段を開状態から閉状態へと切り替えることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに係り、特に、燃料電池システム内の凝縮水を排出する手法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料ガス（例えば、水素）を用いる固体高分子型燃料電池では、燃料電池から排出される反応ガス（余剰水素）を燃料電池スタックの入口側に循環する循環流路を備えており、これにより、発電効率の向上を図っている。この燃料電池では、酸化剤として空気を用いた場合には、空気中の窒素が酸化剤極から燃料極に拡散するため、循環するガスの窒素濃度が増加し、水素分圧が減少する傾向となる。そのため、循環流路と連通する排出流路に設けられたパージ弁を開閉することにより、窒素を含む余剰水素を外部に排出している。
【０００３】
ところで、この類の燃料電池では、燃料電池の反応によって生成される水蒸気が冷却されると、これが凝縮水としてシステム内に残留する。この凝縮水は、燃料電池の始動時の不具合の原因となるため、発電停止時には、この凝縮水を排出流路から排出する排出処理が行われている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００４−１７２０３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、この排出処理では、発電停止後も燃料電池に水素を供給することにより、循環流路で反応ガスを循環させ、凝縮水を水素とともに排出流路より排出している。しかしながら、システム内から凝縮水が排出されたタイミングを適切に判断しないと、水素を不必要に外部に放出することとなり、燃料ガスの浪費に繋がる虞がある。
【０００５】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、システム内の凝縮水を排出しつつも、燃料ガスの排出を最小限に抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
かかる課題を解決するために、本発明は、燃料電池システムを提供する。この燃料電池システムは、燃料電池と、循環流路と、第１の貯蔵手段と、排出流路と、第１の開閉手段と、圧力検出手段と、制御手段とを有する。燃料電池は、燃料極に燃料ガスを供給するとともに、酸化剤極に酸化剤ガスを供給することにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う。循環流路は、燃料電池の燃料極から排出される反応ガスが、燃料ガスの供給側へと循環される。第１の貯蔵手段は、循環流路に設けられ、燃料電池の反応によって生成される凝縮水が蓄えられる。排出流路は、第１の貯蔵手段を介して循環流路と連通しており、第１の貯蔵手段に蓄えられた凝縮水を外部へ排出する。第１の開閉手段は、排出流路を開閉する。圧力検出手段は、排出流路内の圧力を検出する。制御手段は、圧力検出手段の検出結果に基づいて、第１の開閉手段の開閉状態を制御する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、排出流路内の圧力に基づいて、凝縮水の有無を判断して、排出流路を閉じることができるので、不必要に排出される水素ガス量を低減することができるとともに、排出時間の短縮を図ることができる。よって、システム内の凝縮水を排出しつつも、燃料ガスの排出を最小限に抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。この燃料電池システムは、図１に示すように、燃料電池スタック１、燃料タンク２、循環ポンプ５と、パージ弁（第１の開閉手段）９と、コンプレッサ１１と、制御部（制御手段）１６とを主体に構成される。
【００１０】
燃料電池スタック１は、固体高分子電解質膜を挟んで燃料極と酸化剤極とを対設した燃料電池構造体（燃料電池）をセパレータで挟持し、これを複数積層して構成される。この燃料電池スタック１は、燃料極に燃料ガス（本実施形態では、水素）を供給し、酸化剤極に酸化剤ガス（本実施形態では、空気）を供給することにより、燃料ガスと酸化剤ガスとを電気化学的に反応させて発電を行う。
【００１１】
燃料ガスである水素は、燃料タンク２である高圧水素ボンベに貯蔵された状態から、水素供給流路４を介して、燃料電池スタック１の燃料極に供給される。水素供給流路４には、水素調圧弁３が設けられており、この水素調圧弁３は、燃料電池スタック１へ供給される水素流量と水素圧力とが適正な値となるように、制御部１６によってその開度が制御される。また、水素供給流路４には、水素調圧弁３よりも下流側に循環ポンプ５が設けられている。燃料電池スタック１の燃料極から排出された反応ガス（未使用の水素（余剰水素）を含む排出ガス）は、この循環ポンプ５によって、循環流路である水素循環流路７を介して水素の供給側に循環され、水素供給流路４を介して燃料電池スタック１の燃料極へ再度供給される。これにより、安定した発電を維持することができるとともに、反応効率の向上を図ることができる。
【００１２】
水素循環流路７には、他端が大気に開放された排出流路６が連通しており、この排出流路６には、流路を開閉するパージ弁９が設けられている。このパージ弁９は、燃料電池スタック１の運転状態に応じて、その開閉状態が制御部１６によって制御される。パージ弁９は、基本的に、閉状態に制御されているが、燃料電池スタック１の燃料極内や水素循環流路７内の窒素濃度が上昇した場合には、閉状態から開状態へと切り替えられ、これにより、未反応な水素ガスとともに窒素ガスがシステム系内から排出される。また、パージ弁９は、後述するように、燃料電池スタック１の発電停止時には、開状態に制御され、これにより、燃料電池スタック１の燃料極内や水素循環流路７内の凝縮水が水素とともに排出される。
【００１３】
本実施形態において、水素循環流路７と排出流路６との連通部位には、凝縮水タンク（第１の貯蔵手段）８が設けられている。換言すれば、排出流路６は、凝縮水タンク８を介して水素循環流路７と連通することとなる。凝縮水タンク８には、燃料電池の反応によって生成される凝縮水（より具体的には、生成された水蒸気が冷却された水である冷却水）が貯蔵される。また、排出流路６には、その最下流、すなわち、パージ弁９よりも下流側にオリフィス１０が設けられている。
【００１４】
一方、酸化剤ガスである空気は、大気がコンプレッサ１１によって加圧され、空気供給流路１２を介して燃料電池スタック１の酸化剤極に供給される。燃料電池スタック１から排出された空気が大気に放出される空気排出流路１３には、空気調圧弁１４が設けられている。この空気調圧弁１４は、燃料電池スタック１へ供給される空気流量と空気圧力とが適正な値となるように、その開度が、コンプレッサ１１の駆動量とともに制御部１６によって制御される。また、空気供給流路１２には、コンプレッサ１１と燃料電池スタック１との間に、燃料電池スタック１への空気の供給を遮断する遮断弁１５が設けられている。この遮断弁１５は、通常、開状態に制御されているが、後述するように、燃料電池スタック１の発電停止時には必要に応じて閉状態へと切り替えられる。
【００１５】
制御部１６は、燃料電池システムの運転状態に応じて、制御信号を各種のアクチュエータ（図示せず）に出力することにより、水素調圧弁３、パージ弁９、空気調圧弁１４および遮断弁１５を制御する。制御部１６としては、例えば、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェースを主体に構成されるマイクロコンピュータを用いることができる。この制御部１６には、燃料電池システムの運転状態を検出すべく、各種のセンサ１７〜１９からの検出信号が入力されている。水素圧力センサ１７は、水素供給流路４において、循環ポンプ５よりも下流側に設けられており、燃料電池スタック１へ供給される水素圧力を検出する。この水素圧力センサ１７の検出結果は、水素調圧弁３の開度制御の際に参照される。圧力センサ（圧力検出手段）１８は、排出流路６において、パージ弁９とオリフィス１０との間に設けられており、排出流路６の圧力を検出する。この圧力センサ１８の検出結果は、パージ弁９の開閉制御の際に参照される。空気圧力センサ１９は、空気供給流路１２において、遮断弁１５よりも下流側に設けられており、燃料電池スタック１へ供給される空気圧力を検出する。この空気圧力センサ１９の検出結果は、空気調圧弁１４の開度制御の際に参照される。
【００１６】
燃料電池スタック１による発電を行う通常制御において、制御部１６は、例えば、外部からの燃料電池スタック１の発電要求に応じて、水素圧力センサ１７および空気圧力センサ１９から、燃料電池スタック１に供給されている空気圧力および水素圧力を読み込む。そして、制御部１６は、発電要求を満たす電力を燃料電池スタック１で発生させるために、コンプレッサ１１の駆動量と、空気調圧弁１４の開度とを制御し、空気流量および空気圧力を調整すると共に、水素調圧弁３の開度を制御し、水素流量および水素圧力を調整する。
【００１７】
このような通常制御を行っている場合、燃料電池システムでは、燃料電池スタック１から排出された反応ガスが水素循環流路７を介して循環ポンプ５に戻され、燃料電池スタック１へと循環される。制御部１６は、通常、パージ弁９を閉状態に制御しており、酸化剤極から水素系内に窒素が拡散して蓄積された場合に、窒素を主として含む水素以外の不純物を外部に排出するべく、パージ弁９を開状態に切り替える。
【００１８】
このような構成を有する燃料電池システムにおいて、以下、燃料電池スタック１の発電を停止する際の停止処理について説明する。ここで、図２は、第１の実施形態に係る冷却システムの停止処理（第１の排出処理）を示すフローチャートである。同図に示す処理は、例えば、外部からの燃料電池スタック１の発電停止要求に応じて、制御部１６によって実行される。
【００１９】
まず、ステップ１において、制御部１６は、燃料電池スタック１への空気（酸化剤）の供給を停止する。具体的には、制御部１６は、空気供給流路１２の遮断弁１５を閉状態に制御する。なお、ステップ１において酸素の供給は停止されるものの、この段階では、まだ水素の供給は停止されておらず、燃料電池スタック１には、水素が供給され続けている。
【００２０】
ステップ２において、制御部１６は、排出流路６のパージ弁９を開状態に制御する。凝縮水タンク８に凝縮水が溜まっている場合には、パージ弁９の開弁に伴い、凝縮水は排出流路６を介して排出される方向へと作用する。そして、ステップ３において、制御部１６は、排出流路６の圧力センサ１８の検出値を読み込む。
【００２１】
ステップ４において、制御部１６は、排出流路６の圧力値（圧力センサ１８の検出結果）Ｐが、しきい値Ｐth以上であるか否かを判定する。ここで、図３は、しきい値Ｐthの説明図である。凝縮水タンク８に凝縮水が溜まっている状況では、パージ弁９の開弁とともに、凝縮水が排出流路６を通って排出される。そのため、同図に示すように、凝縮水が排出されている間では、圧力センサ１８の圧力値Ｐは大きな値で推移する。一方、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出され、反応ガスが排出されるようになると、圧力センサ１８の圧力値Ｐは、先の状態よりも小さな値となる。なぜならば、排出流路６の圧力センサ１８の下流にオリフィス１０が設けられていることを前提に、凝縮水と反応ガスとでは粘性が違うため、排出時の圧力値に差が生じるからである。
【００２２】
このような粘性特性に基づいて、しきい値Ｐthには、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出されたことを判定するための圧力値Ｐが、実験やシミュレーションを通じ予め適切に設定されている。本実施形態では、このしきい値Ｐthには、排出流路６に凝縮水があるとみなせる程度の排出流路６の圧力値Ｐの最小値が設定されている。
【００２３】
このステップ４において肯定判定された場合（Ｐ≧Ｐth）、すなわち、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出されていない場合には、ステップ５に進む。ステップ５では、燃料電池スタック１へ水素が供給され続けていることを前提に、制御部１６は、空気圧力を調整する。具体的には、制御部１６は、水素圧力センサ１７によって検出される水素圧力と、空気圧力センサ１９によって検出される空気圧力とが同圧となるように、空気調圧弁１４の開度を制御する。この際、水素圧力に対して空気圧力が不足するような場合には、制御部１６は、所定時間だけ遮断弁１５を開弁するとともにコンプレッサ１１を作動させ、必要に応じて空気圧力を上げる。
【００２４】
一方、ステップ４において否定判定された場合（Ｐ＜Ｐth）、すなわち、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出された場合には、ステップ６に進む。ステップ６において、制御部１６は、パージ弁９を閉状態に制御する。そして、ステップ７において、制御部１６は、水素（燃料）の供給を停止した上で、本処理を終了する。
【００２５】
このように、本実施形態によれば、燃料電池スタック１の発電を停止する場合には、パージ弁９を開状態に制御し、反応ガスの循環を利用して、システム内部の凝縮水が溜まった凝縮水タンク８から排出流路６を介して、この凝縮水を排出している。この際、排出流路６内の圧力値に基づいて、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出されたか否かを判断することができるので、この圧力値に基づいて、パージ弁９の開閉状態を制御することにより、システム内の凝縮水を排出しつつも、水素の排出を最小限に抑制することができる。
【００２６】
特に、制御部１６は、燃料電池スタック１の発電停止時には、第１の排出処理として、パージ弁９を開状態に制御するとともに、圧力センサ１８によって検出される圧力値の経時的な推移に基づいて、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出されたことを判断した場合には、パージ弁９を閉状態に制御する。これにより、凝縮水が排出されたタイミングに応じてパージ弁９が閉じられるので、パージ弁９の閉弁タイミングの最適化を図ることができる。そのため、凝縮水が排出された後にも、長時間にわたり水素を排出することを抑制することができる。これにより、排出時間の短縮を図ることができるととももに、排出される水素を節約することができる。
【００２７】
また、制御部１６は、圧力センサによって検出される圧力値Ｐが、凝縮水タンク８の凝縮水が排出流路６から排出されたことを判定するしきい値Ｐthよりも小さくなった場合に、パージ弁９を閉状態に制御する。これにより、パージ弁９の閉弁タイミングを一義的に判断することができるので、排出時間の短縮と、排出される水素の節約とを図ることができる。
【００２８】
また、本実施形態では、排出流路６にオリフィス１０が設けられている。オリフィス１０がない場合には、排出流路６内の圧力値が相対的に低くなり、凝縮水が排出されたか否かを判定することが困難となる虞があるが、本実施形態では、より高精度に判定を行うことができる。
【００２９】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。第２の実施形態に係る燃料電池システムが第１の実施形態のそれと相違する点は、スタック用凝縮水タンク（第２の貯蔵手段）２０と、スタック用排出流路（バイパス流路）２１と、スタック用パージ弁（第２の開閉手段）２２とをさらに有する点である。なお、第１の実施形態と同一の構成については説明を省略するものとし、以下、相違点について説明する。
【００３０】
スタック用凝縮水タンク２０は、燃料電池スタック１の燃料極からの反応ガスの排出側と、水素循環流路７とを連通しており、燃料電池スタック１から排出される反応ガス中に含まれる水蒸気が凝縮して水となった凝縮水が貯蔵される。スタック用凝縮水タンク２０を燃料電池スタック１の排出側の直下に設けている関係上、反応ガスは中に含まれる凝縮水は、第一次的に、このスタック用凝縮水タンク２０に蓄えられるとともに、燃料電池スタック１から排出される反応ガスは、このタンク２０を経由して、水素循環流路７へと流れる。また、この水素循環流路７と排出流路６との連通部には、第１の実施形態と同様に、凝縮水タンク８が設けられているため、その後に生成された凝縮水は、第二次的に、凝縮水タンク８に蓄えられることとなる。
【００３１】
スタック用排出流路２１は、凝縮水タンク８をバイパスし、スタック用凝縮水タンク２０と、排出流路６のパージ弁９よりも下流側（具体的には、圧力センサ１８よりも上流側）とを連通しており、スタック用凝縮水タンク２０に蓄えられる凝縮水は、このスタック用排出流路２１および排出流路６を介して外部へ排出される。スタック用排出流路２１には、流路を開閉するスタック用パージ弁２２が設けられている。このパージ弁９は、通常、制御部１６によって閉状態に制御されているが、必要に応じて閉状態から開状態へと切り替えられる。
【００３２】
このような構成を有する燃料電池システムにおいて、以下、燃料電池スタック１の発電を停止する際の停止処理について説明する。ここで、図５は、第２の実施形態に係る冷却システムの停止処理を示すフローチャートである。同図に示す処理は、例えば、外部からの燃料電池スタック１の発電停止要求に応じて、制御部１６によって実行される。
【００３３】
まず、ステップ１０において、制御部１６は、燃料電池スタック１への空気（酸化剤）の供給を停止する。具体的には、制御部１６は、空気供給流路１２の遮断弁１５を閉状態に制御する。なお、ステップ１０において酸素の供給は停止されるものの、この段階では、まだ水素の供給は停止されておらず、燃料電池スタック１には、水素が供給され続ける。
【００３４】
ステップ１１において、制御部１６は、スタック用パージ弁２２を開状態に制御する。スタック用凝縮水タンク２０に凝縮水が溜まっている場合には、スタック用パージ弁２２の開弁に伴い、凝縮水は、スタック用排出流路２１および排出流路６を介して外部に排出される方向へと作用する。そして、ステップ１２において、制御部１６は、排出流路６の圧力センサ１８の検出値を読み込む。
【００３５】
ステップ１３において、制御部１６は、排出流路６の圧力値（圧力センサ１８の検出結果）Ｐが、第１のしきい値Ｐth1以上であるか否かを判定する。ここで、図６は、第１のしきい値Ｐth1の説明図である。スタック用凝縮水タンク２０の凝縮水が溜まっている状況では、スタック用パージ弁２２の開弁とともに、凝縮水がスタック用排出流路２１および排出流路６を通って排出される。そのため、同図に示すように、凝縮水が排出されている間では、圧力センサ１８の圧力値は大きな値で推移する。一方、スタック用凝縮水タンク２０の凝縮水が排出流路６から排出され、その後に、排出流路６から反応ガスが排出されるようになると、排出流路６の圧力値は、先の状態よりも小さな値へと移行する。これは、第１の実施形態と同様、凝縮水と反応ガスとでは粘性が違うことに起因する。
【００３６】
このような特性に基づいて、第１のしきい値Ｐth1には、スタック用凝縮水タンク２０の凝縮水が排出流路６から排出されたことを判定するための圧力値Ｐが、実験やシミュレーションを通じ予め適切に設定されている。本実施形態では、第１のしきい値Ｐth1には、スタック用凝縮水タンク２０に凝縮水があるとみなせる程度の圧力センサ１８の圧力値Ｐの最小値が設定されている。
【００３７】
このステップ１３において肯定判定された場合（Ｐ≧Ｐth1）、すなわち、凝縮水がスタック用凝縮水タンク２０から排出されていない場合には、ステップ１４に進む。そして、ステップ１４において、制御部１６は、第１の実施形態と同様に、空気圧力を調整する。一方、ステップ１３において否定判定された場合（Ｐ＜Ｐth1）、すなわち、凝縮水がスタック用凝縮水タンク２０から排出された場合には、ステップ１５に進む。ステップ１５において、制御部１６は、スタック用パージ弁２２を閉弁する。
【００３８】
つぎに、ステップ１５〜２１において、第１の実施形態のステップ２〜７の処理（第１の排出処理）と同様に、制御部１６は、パージ弁９を開弁し、水素循環流路７に設けられた凝縮水タンク８に溜まっている凝縮水を排出し、本処理を終了する。この場合、上述した図６に示すように、パージ弁９の閉弁タイミングを規定するしきい値Ｐth2は、第１の実施形態と同様に、凝縮水タンク８から凝縮水が排出されたことを判定するための圧力値Ｐが、実験やシミュレーションを通じ予め適切に設定されている。この第２のしきい値Ｐth2は、燃料電池スタック１内の凝縮水が、スタック用凝縮水タンク２０から既に排出されている関係上、上述した第１のしきい値Ｐth1よりも相対的に低い値となる。
【００３９】
このように、本実施形態によれば、燃料電池スタック１の発電を停止する場合には、スタック用パージ弁２２を開状態に制御し、反応ガスの循環を利用して、システム内部の凝縮水が溜まったスタック用凝縮水タンク２０から排出流路６を介して、この凝縮水を排出している。この際、排出流路６内の圧力値に基づいて、スタック用凝縮水タンク２０の凝縮水が排出流路６から排出されたか否かを判断することができるので、この圧力値に基づいて、スタック用パージ弁２２の開閉状態を制御することにより、システム内の凝縮水を排出しつつも、水素の排出を最小限に抑制することができる。
【００４０】
特に、本実施形態によれば、制御部１６は、燃料電池スタック１の発電停止時には、スタック用パージ弁２２を開状態に制御するともに、圧力センサ１８によって検出される圧力値Ｐの経時的な推移に基づいて、スタック用凝縮水タンク２０の凝縮水が排出流路６から排出されたことを判断した場合には、スタック用凝縮水タンク２０を閉状態に制御する。そして、制御部１６、この一連の処理の実行後に、第１の実施形態に示す第１の排出処理を実行する。これにより、凝縮水が排出されたタイミングに応じてスタック用パージ弁２２が閉じられるので、スタック用パージ弁２２の閉弁タイミングの最適化を図ることができる。そのため、凝縮水が排出された後にも、長時間にわたり水素を排出することを抑制することができる。これにより、排出時間の短縮を図ることができるととももに、排出される水素を節約することができる。
【００４１】
また、パージ弁９を開弁し、反応ガスの循環を利用して、凝縮水タンク８に溜まった凝縮水を排出している。この際、排出流路６内の圧力値に基づいて、凝縮水タンク８の凝縮水の有無を判断することにより、凝縮水が排出されたタイミングと同期して、パージ弁９が閉弁される。これにより、パージ弁９の閉弁タイミングの最適化を図ることができるので、長時間にわたり凝縮水とともに水素を排出していた場合と比較して、排出時間が短縮されるので、排出される水素を節約することができる。
【００４２】
特に、第２の実施形態によれば、燃料スタック１の排出側のスタック用凝縮水タンク２０に凝縮水を溜め、これを優先的に排出しているので、第１の実施形態の手法と比較して、凝縮水による圧損が低減される。これにより、短時間で効率よく燃料電池システム内の凝縮水を排出することができる。なお、パージ弁９を優先的に制御して凝縮水を排出し、その後に、スタック用パージ弁２２を制御して凝縮水を排出した場合には、燃料電池スタック１内の凝縮水が水素循環流路７を通ってパージ弁９から排出される為、水素循環流路７が長い為に圧損が大きくなり、短時間で効率よく排出することが困難となるという不都合があるが、本実施形態によれば、このような不都合を解消することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図２】第１の実施形態に係る冷却システムの停止処理を示すフローチャートである。
【図３】しきい値Ｐthの説明図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【図５】第２の実施形態に係る冷却システムの停止処理を示すフローチャートである。
【図６】しきい値Ｐth1，Ｐth2の説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      燃料電池スタック
２      燃料タンク
３      水素調圧弁
４      水素供給流路
５      循環ポンプ
６      排出流路
７      循環流路
８      凝縮水タンク
９      パージ弁
１０      オリフィス
１１      コンプレッサ
１２      空気供給流路
１３      空気排出流路
１４      空気調圧弁
１５      遮断弁
１６      制御部
１７      水素圧力センサ
１８      圧力センサ
１９      空気圧力センサ
２０      スタック用凝縮水タンク
２１      スタック用排出流路
２２      スタック用パージ弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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